中华人民共和国行业标准高层民用建筑钢结构技术规程JGJ 99-98 3
第7.1.4条 连续组合梁采用弹性分析时,应符合下列规定:
一、不计入负弯矩区段内受拉开裂的混凝土翼板对刚度的影响;
二、在正弯矩区段,换算截面应根据短期或长期荷载采用相应的刚度;
三、负弯矩区受拉开裂的翼板长度,可按试算法确定。
第7.1.5条 按弹性分析时,应将受压混凝土翼板的有效宽度bce折算成与钢材等效的换算宽度beq,构成单质的换算截面(图7.1.5)。
一、荷载短期效应组合 beq=bce/αE (7.1.5-1)
二、荷载长期效应组合 beq=bce/2αE (7.1.5-2)
式中beq--混凝土翼板的换算宽度;
bce--混凝土翼板的有效宽度,应按第7.1.1条的规定确定;
αE--钢材弹性模量对混凝土弹性模量的比值。
第7.1.6条 组合梁混凝土翼板的计算厚度,应符合下列规定:
一、普通钢筋混凝土翼板的计算厚度,应取原厚度h0(见图7.1.1);
二、带压型钢板的混凝土翼板计算厚度,取压型钢板顶面以上的混凝土厚度hc(见图7.3.3);
第7.1.7条 设计组合楼板时,应符合下列要求:
一、施工阶段,应对作为浇注混凝土底模的压型钢板进行强度和变形验算。此时,应考虑以下荷载:
1.永久荷载,包括压型钢板、钢筋和混凝土的自重;
2.可变荷载,包括施工荷载和附加荷载。当有过量冲击、混凝土堆放、管线和泵的荷载时,应增加附加荷载。
二、使用阶段,应对组合楼板在全部荷载作用下的强度和变形进行验算。
第7.1.8条 当压型钢板跨中挠度ω大于20mm时,确定混凝土自重应考虑挠曲效应,在全跨增加混凝土厚度0.7ω,或增设临时支撑。
第7.1.9条 在局部荷载下,组合板的有效工作宽度bef(图7.1.9)不得大于按下列公式计算的值:
一、抗弯计算时
二、抗剪计算时
第7.1.10条 在施工阶段,压型钢板作为浇注混凝土的模板,应采用弹性方法计算。强边(顺肋)方向的正、负弯矩和挠度应按单向板计算,弱边方向不计算。
第7.1.11条 在使用阶段,当压型钢板上的混凝土厚度为50mm至100mm时,宜符合下列规定:
一、组合板强边(顺肋)方向的正弯矩和挠度,按承受全部荷载的简支单向板计算;
二、强边方向负弯矩按固端板取值;
三、不考虑弱边(垂直肋)方向的正负弯矩。
第7.1.12条 当压型钢板上的混凝土厚度大于100mm时,板的挠度应按强边方向的简支单向板计算,板的承载力应按下列规定计算:
当0.5<λe<2.0时,应按双向板计算;
当λe≤0.5或λe≥2.0时,应按单向板计算。
λe=μlx/ly (7.1.12)
式中μ--板的受力异向性系数,μ=(Ix/Iy)1/4;
lx--组合板强边(顺肋)方向的跨度;
ly--组合板弱边(垂直肋)方向的跨度;
Ix、Iy--分别为组合板强边和弱边方向的截面惯性矩(计算Iy时只考虑压型钢板顶面以上的混凝土厚度hc)。
第二节 组合梁设计
第7.2.1条 符合本规程第7.1.2条的组合梁,且混凝土翼板与钢构件完全抗剪连接时,其截面抗弯承载力可根据下列假定计算:
一、在混凝土翼板的有效宽度内,纵向钢筋和钢梁受拉及受压应力均达到强度设计值;
二、塑性中和轴受拉侧的混凝土强度设计值可忽略不计;
三、塑性中和轴受压区的混凝土截面均匀受压,并达到弯曲抗压强度设计值。
第7.2.2条 组合梁正截面受弯承载力,应按下列公式计算:
一、正弯矩作用时
1.当Af≤bcehcfcm时(图7.2.2-1),塑性中和轴位于混凝土受压翼板内,为第一类截面
M≤bcexfcmy (7.2.2-1)
x=Af/bcefcm (7.2.2-2)
式中 x--组合梁截面塑性中和轴至混凝土翼板顶面的距离,按(7.2.2-2)式计算;
M--全部荷载产生的弯距;
A--钢梁截面面积;
y--钢梁截面应力合力至混凝土受压区应力合力之间的距离;
f--塑性设计时钢梁钢材的抗拉、抗压、抗弯强度设计值,按现行国家标准《钢结构设计规范》(GBJ 17)第9.1.3条的规定乘以0.9;
hc--混凝土翼板计算厚度;
fcm--混凝土弯曲抗压强度设计值;
bce--混凝土翼板的有效宽度。
2.当Af>bcehcfcm时(图7.2.2-2),塑性中和轴在钢梁截面内,为第二类截面
其他符号意义同前。
二、负弯矩作用时(图7.2.2-3)
第7.2.3条 组合梁截面的全部剪力假定由钢梁腹板承受,其受剪承载力应按下式计算:
第7.2.4条 采用塑性设计法计算组合梁的承载力时,遇有下列情况之一者可不计入弯矩与剪力的相互影响:
一、受正弯矩的组合梁截面;
二、截面材料总强度比γ≥0.15的负弯矩截面,其中γ=Asfsy/(Af);此处,f为塑性设计时钢梁材料的抗拉、抗压、抗弯强度设计值,应按现行国家标准《钢结构设计规范》(GBJ17)第9.1.3条的规定乘以0.9。
第7.2.5条 当组合梁进行连接的计算时,应以支座点、弯矩绝对值最大点和零弯矩点为界限,划分为若干剪跨区(图7.2.5)。
第7.2.6条 每个剪跨区段内所配置的剪力连接件的总数,可按下式计算:
n=V/Nvs (7.2.6)
剪力键可均匀分布于该剪跨区段内。当剪跨区内有较大集中力作用时,可将连接件总数按各剪力区段的剪力图面积分配,然后各自均匀布置(图7.2.6)。
式中 V--每个剪跨区内,混凝土与钢梁叠合面上的纵向剪力;
Nvs--每个剪力连接件的受剪承载力设计值。
第7.2.7条 每个剪跨区段内,混凝土与钢梁叠合面上的纵向剪力V可按下列公式计算:
一、正弯矩区剪跨段(图7.2.5中的1、2、5剪跨段)
1.当塑性中和轴位于混凝土翼板内时
V=Af (7.2.7/1)
2.当塑性中和轴位于钢梁时
二、负弯矩区剪跨段(图7.2.5中的3、4剪跨段)
V=Asfsy (7.2.7-3)
第7.2.8条 栓钉剪力连接件的受剪承载力,应符合下列规定:
一、受剪承载力设计值Nvs,应按下式计算:
二、栓钉的受剪承载力设计值Nvs,遇下列情况之一时应予折减:
1.位于连续梁中间支座上负弯矩段时,应乘以折减系数0.93;
2.位于悬臂梁负弯矩区段时,应乘以折减系数0.8。
第7.2.9条 带压型钢板的混凝土楼板与钢梁组成的组合梁,其叠合面上的栓钉连接件受剪承载力设计值Nvs,遇下列情况之一时应予以折减:
一、压型钢板肋与钢梁平行时(图7.2.9a),应乘以折减系η。折减系数η应按下式计算:
二、压型钢板肋与钢梁垂直时(图7.2.9b),应乘以按下式计算的折减系数η:
第7.2.10条 当抗剪连接键的设置受构造等原因的影响不能满足本规程(7.2.6)式的要求时,可采用部分抗剪连接设计法。对于单跨简支梁,可采用简化塑性理论按下列假定计算:
一、在所计算截面左右两个剪跨内,取连接件受剪承载力设计值之和nNvs的较小者,作为混凝土翼板中的剪力;
二、剪力连接件全截面进入塑性状态;
三、钢梁与混凝土翼板间产生相对滑移,以致混凝土翼板与钢梁有各自的中和轴。
第7.2.11条 当组合梁承受静荷载且集中力不大时,可采用部分抗剪连接组合梁。其跨度不应超过20m。当钢梁为等截面梁时,其配置的连接件数量n1不得小于完全抗剪连接时的连接件数量n的50%。
第7.2.12条 部分抗剪连接组合梁的受弯承载力M1,可按下式算:
第7.2.13条 部分抗剪连接组合梁的挠度ω1,可按下式计算:
第7.2.14条 当进行组合梁的钢梁翼缘与混凝土翼板的纵向界面受剪承载力的计算时,应分别取包络连接件的纵向界面(图7.2.14界面b-b)和混凝土翼板纵向界面(该图界面a-a)。
在纵向界面a-a和b-b上,单位长度上横向钢筋的计算面积As,tr按下列公式计算。压型钢板肋与钢梁垂直的组合梁可不验算。
一、界面a-a
As,tr=Asb+Ast(7.2.14-1)
二、界面b-b
As,tr=2Asb(7.2.14-2)
式中 Asb--在组合梁单位长度上,翼板底部钢筋的截面面积;
Ast--在组合梁单位长度上,翼板上部钢筋的截面面积。
第7.2.15条 在混凝土翼板纵向界面上,沿梁单位长度的剪力可按下列公式计算:
第7.2.16条 混凝土翼板纵向界面的剪力,应符合下列公式的要求:
第7.2.17条 组合梁翼板的横向钢筋最小配筋量,应符合下式要求:
第7.2.18条 组合梁的挠度应按荷载短期和长期效应组合分别计算,刚度取值应符合本规程第7.1.4条和7.1.5条的要求,不得大于现行国家标准《钢结构设计规范》(GBJ17)第3.3.2条规定的容许值。
第7.2.19条 连续组合梁负弯矩区段内最大裂缝宽度ωcra(mm),可按下列公式计算。负弯矩区的开裂宽度,处于正常环境时不应大于0.3mm,处于室内高湿度环境或露天时不应大于0.2mm。
第7.2.20条 荷载标准值短期效应作用下的负弯矩纵向钢筋应力,应按下式计算:
第7.2.21条 组合梁负弯矩区段钢梁受压翼缘在弯矩作用平面外的长细比,应按现行国家标准《钢结构设计规范》(GBJ17)第9.3.2条的规定验算。
第三节 压型钢板组合楼板设计
第7.3.1条 压型钢板组合楼盖中,压型钢板与混凝土的联结,应符合下列形式之一:
一、依靠压型钢板的纵向波槽(图7.3.1α);
二、依靠压型钢板上的压痕,开的小洞或冲成的不闭合孔眼(图7.3.1b);
三、依靠压型钢板上焊接的横向钢筋(图7.3.1c)。
在任何情况下,均应设置端部锚固件(图7.3.1d)。
第7.3.2条 组合板或非组合板(指压型钢板只作永久性模板)的设计,应符合下列要求:
一、压型钢板应对施工阶段的强度和变形进行验算,验算时应计入临时支撑的影响;
二、组合板在混凝土硬化后,应验算使用阶段的横截面抗弯能力、纵向抗剪能力、斜截面抗剪能力和抗冲剪能力;
三、非组合板可按常规钢筋混凝土楼板的设计方法进行设计。
第7.3.3条 组合板正截面抗弯承载力应按塑性设计法计算,此时应假定截面受拉区和受压区的材料均达到强度设计值。压型钢板钢材强度设计值与混凝土的弯曲抗压强度设计值,均应乘以折减系数0.8。
第7.3.4条 组合板的承载力计算,应符合下列要求:
(a)塑性中和轴在压型钢板顶面以上的混凝土截面内(b)塑性中和轴在压型钢板截面内
一、当Apf≤fcmhcb时,塑性中和轴在压型钢板顶面以上的混凝土截面内(图7.3.3a),组合板的弯矩应符合下式要求:
二、当Apf>fcmhcb时,塑性中和轴在压型钢板内(图7.3.3b),组合板横截面弯矩应符合下式要求:
三、当压型钢板仅作为模板使用时,应在波槽内设置钢筋,并进行相应计算。
第7.3.5条 组合板在集中荷载下的冲切力V1,应符合下式要求:
第7.3.6条 组合板斜截面抗剪承载力应符合下式要求:
第7.3.7条 组合板的挠度,应分别按荷载短期效应组合和荷载长期效应组合计算,不应超过计算跨度的1/360。
组合板负弯矩区的最大裂缝宽度,可按现行国家标准《混凝土结构设计规范》(GBJ10)的规定计算。
第7.3.8条 组合板的自振频率f,可按下式估算,但不得小于15Hz。
式中w--永久荷载产生的挠度(cm)。
第7.3.9条 当用足尺试件进行试验确定构件承载力时,其设计荷载应符合下列规定之一;
一、具有完全抗剪连接的构件,其设计荷载应取静力试验极限荷载的1/2;
二、具有不完全抗剪连接的构件,其设计荷载应取静力极限荷载的1/3;
三、挠度达跨度1/50时的荷载的一半。
第四节 组合梁和组合板的构造要求
第7.4.1条 组合梁栓钉连接件的设置,必须与钢梁焊接,且应符合下列规定:
一、当栓钉焊于钢梁受拉翼缘时,其直径不得大于翼缘板厚度的1.5倍;当栓钉焊于无拉应力部位时,其直径不得大于翼缘板厚度的2.5倍;
二、栓钉沿梁轴线方向布置,其间距不得小于5d(d为栓钉直径);栓钉垂直于轴线布置,其间距不得小于4d,边距不得小于35mm;
三、当栓钉穿透钢板焊接于钢梁时,其直径不得大于19mm,焊后栓钉高度应大于压型钢板波高加30mm。
四、栓钉顶面的混凝土保护层厚度不应小于15mm。
第7.4.2条 组合板在下列情况之一时应配置钢筋:
一、为组合板提供储备承载力的附加抗拉钢筋;
二、在连续组合板或悬臂组合板的负弯矩区配置连续钢筋;
三、在集中荷载区段和孔洞周围配置分布钢筋;
四、改善防火效果的受拉钢筋;
五、在压型钢板上翼缘焊接横向钢筋,应配置在剪跨区段内,其间距宜为150~300mm。
第7.4.3条 连续组合梁或组合板在中间支座负弯矩区的上部纵向钢筋,应伸过梁的反弯点,并应留出锚固长度和弯钩。下部纵向钢筋在支座处应连续配置,不得中断。
第7.4.4条 组合板用的压型钢板应采用镀锌钢板,其镀锌层厚度尚应满足在使用期间不致锈损的要求。
第7.4.5条 用于组合板的压型钢板净厚度(不包括镀锌层或饰面层厚度)不应小于0.75mm,仅作模板的压型钢板厚度不小于0.5mm,浇注混凝土的波槽平均宽度不应小于50mm。当在槽内设置栓钉连接件时,压型钢板总高度不应大于80mm。
第7.4.6条 组合板的总厚度不应小于90mm;压型钢板顶面以上的混凝土厚度不应小于50mm。此外,尚应符合本规程第12.2.3条规定的楼板防火保护层厚度的要求。
第7.4.7条 组合板端部应设置栓钉锚固件。栓钉应设置在端支座的压型钢板凹肋处,穿透压型钢板并将栓钉、钢板均焊牢于钢梁上。栓钉直径可按下列规定采用:
一、跨度小于3m的板,栓钉直径宜为13mm或16mm;
二、跨度为3~6m的板,栓钉直径宜为16mm或19mm;
三、跨度大于6m的板,栓钉直径宜为19mm。
第7.4.8条 组合板中的压型钢板在钢梁上的支承长度,不应小于50mm。在砌体上的支承长度不应小于75mm。
第7.4.9条 当连续组合板按简支板设计时,抗裂钢筋的截面不应小于混凝土截面的0.2%,抗裂钢筋从支承边缘算起的长度,不应小于跨度的1/6,且应与不少于5支分布钢筋相交。
抗裂钢筋最小直径应为4mm,最大间距应为150mm。顺肋方向抗裂钢筋的保护层厚度宜为20mm。
与抗裂钢筋垂直的分布钢筋直径,不应小于抗裂钢筋直径的2/3,其间距不应大于抗裂钢筋间距的1.5倍。
第7.4.10条 组合板在集中荷载作用处,应设置横向钢筋,其截面面积不应小于压型钢板顶面以上混凝土板截面面积的0.2%,其延伸宽度不应小于板的有效工作宽度(图7.1.9)。
第八章 节点设计
第一节 设计原则
第8.1.1条 高层建筑钢结构的节点连接,当非抗震设防时,应按结构处于弹性受力阶段设计;当抗震设防时,应按结构进入弹塑性阶段设计,节点连接的承载力应高于构件截面的承载力。
要求抗震设防的结构,当风荷载起控制作用时,仍应满足抗震设防的构造要求。
第8.1.2条 抗震设防的高层建筑钢结构框架,从梁端或柱端算起的1/10跨长或两倍截面高度范围内,节点设计应验算下列各项:
一、节点连接的最大承载力;
二、构件塑性区的板件宽厚比;
三、受弯构件塑性区侧向支承点间的距离。
第8.1.3条 抗震设防的高层建筑钢框架,其节点连接的最大承载力应符合下列要求:
一、梁与柱连接应满足下列公式要求:
在柱贯通型连接中,当梁翼缘用全熔透焊缝与柱连接并采用引弧板时,式(8.1.3-1)将自行满足。
二、支撑连接应满足下式要求:
Nubr≥1.2Anfy (8.1.3-3)
式中 Nubr--基于极限强度最小值的支撑连接最大承载力;
An--支撑的净截面面积;
fy--支撑钢材的屈服强度。
三、梁、柱构件拼接的承载力,应满足式(8.1.3-1)和(8.1.3-2)的要求。当存在轴力时,式中Mp应以Mpc代替,并应符合下列规定:
第8.1.4条 框架节点塑性区段内,梁受压翼缘在侧向支承点间的长细比,应符合现行国家标准《钢结构设计规范》(GBJ17)第9章第9.3.2条的规定。
第8.1.5条 在节点设计中,节点的构造应避免采用约束度大和易产生层状撕裂的连接形式。
第8.1.6条 钢框架安装单元的划分,在采用柱贯通型连接时,宜为三层一根,视具体情况也可为一层、两层或四层一根,工地接头设于主梁顶面以上1.0~1.3m处。梁的安装单元为每跨一根。
采用带悬臂梁段的柱单元时,悬臂梁段的长度一般距柱轴线不超过1.6m。框筒结构采用带悬臂梁段的柱安装单元时,梁的接头可设置在跨中。
第二节 连接
第8.2.1条 高层建筑钢结构的节点连接,可采用焊接、高强度螺栓连接或栓焊混合连接。
第8.2.2条 节点的焊接连接,根据受力情况可采用全熔透或部分熔透焊缝,遇下列情况之一时应采用全熔透焊缝:
一、要求与母材等强的焊接连接;
二、框架节点塑性区段的焊接连接。
第8.2.3条 焊缝的坡口形式和尺寸,应按现行国家标准《手工电弧焊焊缝坡口的基本形式和尺寸》(GB985)和《埋弧焊焊缝坡口的基本形式和尺寸》(GB986)的规定采用,或选用其他适用的规定。
第8.2.4条 焊缝熔敷金属应与母材强度相匹配。不同强度的钢材焊接时,焊接材料的强度应按强度较低的钢材选用。
第8.2.5条 高层建筑钢结构承重构件的螺栓连接,应采用摩擦型高强度螺栓。
第8.2.6条 高强度螺栓的最大受剪承载力应按下式计算:
式中 Nbv=0.75nAbnfbu (8.2.6)
Nbv--一个高强度螺栓的最大受剪承载力;
n--连接的剪切面数目;
Abn--螺栓螺纹处的净截面面积;
fbu--螺栓钢材的极限抗拉强度最小值。
第三节 梁与柱的连接
第8.3.1条 框架梁与柱的连接宜采用柱贯通型。在互相垂直的两个方向都与柱刚性连接的柱,宜采用箱型截面。
第8.3.2条 梁与柱刚性连接时,应按下列各项进行验算:
一、梁与柱的连接在弯矩和剪力作用下的承载力;
二、在梁上下翼缘标高处设置的柱水平加劲肋或隔板的厚度;
三、节点域的抗剪强度。
第8.3.3条 当框架梁与柱翼缘刚性连接时,梁翼缘与柱应采用全熔透焊缝连接,梁腹板与柱宜采用摩擦型高强度螺栓连接(图8.3.3a),悬臂梁段与柱应采用全焊接连接(图8.3.3b)。
第8.3.4条 当框架梁端垂直于工字形柱腹板与柱刚接时,应在梁翼缘的对应位置设置柱的横向加劲肋,在梁高范围内设置柱的竖向连接板。梁与柱的现场连接中,梁翼缘与柱横向加劲肋用全熔透焊缝连接,并应避免连接处板件宽度的突变,腹板与柱连接板用高强度螺栓连接(图8.3.4a),其设计方法按第8.1.3条进行。当采用悬臂梁段时,梁段与柱全部焊接(图8.3.4b)。
第8.3.5条 梁翼缘与柱焊接时,应全部采用全熔透坡口焊缝,并按规定设置衬板,翼缘坡口两侧设置引弧板(图8.3.5a)。 在梁腹板上下端应作扇形切角,其半径r宜取35mm(图8.3.5b)。扇形切角端部与梁翼缘连接处,应以r=10mm的圆弧过渡,衬板反面与柱翼缘相接处宜适当焊接。
第8.3.6条 框架梁与柱刚性连接时,应在梁翼缘的对应位置设置柱的水平加劲肋(或隔板)。对于抗震设防的结构,水平加劲肋应与梁翼缘等厚。对非抗震设防的结构,水平加劲肋应能传递梁翼缘的集中力,其厚度不得小于梁翼缘厚度的1/2,并应符合板件宽厚比限值。水平加劲肋的中心线应与梁翼缘的中心线对准。
第8.3.7条 在抗震设防的结构中,工字形柱水平加劲肋与柱翼缘焊接时,宜采用坡口全熔透焊缝,与柱腹板连接时可采用角焊缝。当梁端垂直于工字形柱腹板平面焊接时,水平加劲肋与柱腹板的焊接则应采用坡口全熔透焊缝。
箱型柱隔板与柱的焊接,应采用坡口全熔透焊缝;对无法进行手工焊接的焊缝,应采用熔化咀电渣焊,并应对称布置,同时施焊。
第8.3.8条 当柱两侧的梁高不等时,每个梁翼缘对应位置均应设置柱的水平加劲肋。加劲肋间距不应小于150mm,且不应小于水平加劲肋的宽度(图8.3.8a)。当不能满足此要求时,应调整梁的端部高度,此时可将截面高度较小的梁腹板高度局部加大,腋部翼缘的坡度不得大于1∶3(图8.3.8b)。
当与柱相连的梁在柱的两个互相垂直的方向高度不等时,同样也应分别设置柱的水平加劲肋(图8.3.8c)。
第8.3.9条 由柱翼缘与水平加劲肋包围的节点域,在周边弯矩和剪力的作用下(图8.3.9-1),其抗剪强度应按下列公式计算:
当节点域厚度不满足式(8.3.9-1)或(8.3.9-2)的要求时,对工字形组合柱宜将柱腹板在节点域局部加厚(图8.3, .9-2)。对H型钢柱,可在节点域加焊贴板,贴板上下边缘应伸出加劲肋以外不小于150mm,并用不小于5mm的角焊缝连接贴板与柱翼缘可用角焊缝或对接焊缝连接。当在节点域的垂直方向有连接板时,贴板应采用塞焊与节点域连接。
第8.3.10条 节点域体积,根据柱截面形状应分别按下列公式计算:
第8.3.11条 梁与柱铰接时(图8.3.11),与梁腹板相连的高强度螺栓,除应承受梁端剪力外,尚应承受偏心弯矩的作用。偏心弯矩M应按下列公式计算:
第四节 柱与柱的连接
第8.4.1条 钢框架宜采用工字形柱或箱形柱,钢骨混凝土框架部分宜采用工字形柱或十字形柱。
第8.4.2条 箱形柱宜为焊接柱,其角部的组装焊缝应为部分熔透的V形或U形焊缝,焊缝厚度不应小于板厚的1/3,并不应小于14mm,抗震设防时不应小于板厚的1/2(图8.4.2-1a)。当梁与柱刚性连接时,在框架梁的上、下600mm范围内,应采用全熔透焊缝(图8.4.2-1b)。
十字形柱应由钢板或两个H型钢焊接而成(图8.4.2-2);组装的焊缝均应采用部分熔透的K形坡口焊缝,每边焊接深度不应小于1/3板厚。
第8.4.3条 在柱的工地接头处应设置安装耳板,耳板厚度应根据阵风和其他的施工荷载确定,并不得小于10mm。耳板宜仅设置于柱的一个方向的两侧,或柱接头受弯应力最大处。
第8.4.4条 非抗震设防的高层建筑钢结构,当柱的弯矩较小且不产生拉力时,可通过上下柱接触面直接传递25%的压力和25%的弯矩,此时柱的上下端应磨平顶紧,并应与柱轴线垂直。坡口焊缝的有效深度te不宜小于厚度的1/2(图8.4.4)。
第8.4.5条 工字形柱在工地的接头,弯矩应由翼缘和腹板承受,剪力应由腹板承受,轴力应由翼缘和腹板分担。翼缘接头宜采用坡口全熔透焊缝,腹板可采用高强度螺栓连接。当采用全焊接接头时,上柱翼缘应开V形坡口;腹板应开K形坡口。
第8.4.6条 箱形柱在工地的接头应全部采用焊接,其坡口应采用图8.4.6所示的形式。非抗震设防时可按本规程第8.4.4条的规定执行。
下节箱形柱的上端应设置隔板,并应与柱口齐平,厚度不宜小于16mm。其边缘应与柱口截面一起刨平。在上节箱形柱安装单元的下部附近,尚应设置上柱隔板,其厚度不宜小于10mm。柱在工地的接头上下侧各100mm范围内,截面组装焊缝应采用坡口全熔透焊缝。
第8.4.7条 柱需要改变截面时,柱截面高度宜保持不变,而改变其翼缘厚度。当需要改变柱截面高度时,对边柱宜采用图8.4.7(α)所示的做法。变截面的上下端均应设置隔板(图8.4.7α、b)。当变截面段位于梁柱接头时,可采用图8.4.7(c)所示做法,变截面两端距梁翼缘不宜小于150mm。
第8.4.8条 十字形柱与箱形柱相连处,在两种截面的过渡段中,十字形柱的腹板应伸入箱形柱内,其伸入长度应不小于钢柱截面高度加200mm(图8.4.8)。
第8.4.9条 与上部钢结构相连的钢骨混凝土柱,沿其全高应设栓钉(图8.4.8),栓钉间距和列距在过渡段内宜采用150mm,不大于200mm;在过渡段外不大于300mm。
第五节 梁与梁的连接
第8.5.1条 梁在工地的接头,主要用于柱带悬臂梁段与梁的连接,可采用下列接头形式:
一、翼缘采用全熔透焊缝连接,腹板用摩擦型高强度螺栓连接;
二、翼缘和腹板采用摩擦型高强度螺栓连接;
三、翼缘和腹板采用全熔透焊缝连接。
第8.5.2条 当用于抗震设防时,梁的接头应按本规程第8.1.3条第三款的要求设计;当用于非抗震设防时,梁的接头应按内力设计,此时,腹板连接按受全部剪力和所分配的弯矩共同作用计算,翼缘连接按所分配的弯矩设计。当接头处的内力较小时,接头承载力不应小于梁截面承载力的50%。
第8.5.3条 次梁与主梁的连接宜采用简支连接,必要时也可采用刚性连接(图8.5.3)。
第8.5.4条 抗震设防时,框架横梁下翼缘在距柱轴线1/8~1/10梁跨处,应设置侧向支承构件(图8.4.5),并应满足现行国家标准《钢结构设计规范》(GBJ 17)第9.3.2条的要求。侧向隅撑长细比不得大于130其设计轴压力N应按下式计算:
第8.5.5条 当管道穿过钢梁时,腹板中的孔口应予补强。补强时,弯矩可仅由翼缘承担,剪力由孔口截面的腹板和补强板共同承担。
不应在距梁端相当于梁高的范围内设孔,抗震设防的结构不应在隅撑范围内设孔。孔口直径不得大于梁高的1/2。相邻圆形孔口边缘间的距离不得小于梁高,孔口边缘至梁翼缘外皮的距离不得小于梁高的1/4。
圆形孔直径小于或等于1/3梁高时,可不予补强。当大于1/3梁高时,可用环形加劲肋加强(图8.5.5-1a),也可用套管(图8.5.5-1b)或环形补强板(图8.5.5-1c)加强。
圆形孔口加劲肋截面不宜小于100mm×10mm,加劲肋边缘至孔口边缘的距离不宜大于12mm。圆形孔口用套管补强时,其厚度不宜小于梁腹板厚度。用环形板补强时,若在梁腹板两侧设置,环形板的厚度可稍小于腹板厚度,其宽度可取75~125mm。
矩形孔口与相邻孔口间的距离不得小于梁高或矩形孔口长度中之较大值。孔口上下边缘至梁翼缘外皮的距离不得小于梁高的1/4。矩形孔口长度不得大于750mm,孔口高度不得大于梁高的1/2,其边缘应采用纵向和横向加劲肋加强。
矩形孔口上下边缘的水平加劲肋端部宜伸至孔口边缘以外各300mm。当矩形孔口长度大于梁高时,其横向加劲肋应沿梁全高设置(图8.5.5-2)。
矩形孔口加劲肋截面不宜小于125mm×18mm。当孔口长度大于500mm时,应在梁腹板两面设置加劲肋。
第六节 钢柱脚
第8.6.1条 高层钢结构框架柱的柱脚宜采用埋入式或外包式柱脚。仅传递垂直荷载的铰接柱脚可采用外露式柱脚。当钢框架按本规程第3.5.2条和第3.5.5条的要求在地下室中设置钢骨混凝土结构层时,其钢柱脚可按本节要求进行设计。
第8.6.2条 埋入式柱脚(图8.6.2)的埋深,对轻型工字形柱,不得小于钢柱截面高度的二倍;对于大截面H型钢柱和箱型柱,不得小于钢柱截面高度的三倍。
埋入式柱脚在钢柱埋入部分的顶部,应设置水平加劲肋或隔板。加劲肋或隔板的宽厚比应符合现行国家标准《钢结构设计规范》(GBJ17)关于塑性设计的规定。埋入式柱脚在钢柱的埋入部分应设置栓钉,栓钉的数量和布置可按外包式柱脚的有关规定确定。
第8.6.3条 埋入式柱脚(图8.6.3)通过混凝土对钢柱的承压力传递弯矩(图8.6.3-1)。埋入式柱脚的混凝土承压应力应小于混凝土轴心抗压强度设计值,可按下式计算(图8.6.3-2):
第8.6.4条 埋入式柱脚钢柱翼缘的保护层厚度,应符合下列规定:
一、对中间柱不得小于180mm(图8.6.4-1);
二、对边柱和角柱的外侧不宜小于250mm(图8.6.4-1);
三、埋入式柱脚钢柱的承压翼缘到基础梁端部的距离,应符合下列要求(图8.6.4-2~3);
四、混凝土对钢柱的压力通过位于柱脚上部的加劲肋和柱腹板传递,钢柱承压区及其承压力合力至混凝土顶面的距离dc,应按下列规定确定(图8.6.4-4):
第8.6.5条 埋入式柱脚的钢柱四周,应按下列要求设置主筋和箍筋:
一、主筋的截面面积应按下列公式计算:
二、主筋的最小含钢率为0.2%,其配筋不宜小于4φ22,并在上端设弯钩。主筋的锚固长度不应小于35d(d为钢筋直径),当主筋的中心距大于200mm时,应设置φ16的架立筋。
三、箍筋宜为φ10,间距100;在埋入部分的顶部,应配置不少于3φ12、间距50的加强箍筋。
第8.6.6条 外包式柱脚(图8.6.6-1)的混凝土外包高度与埋入式柱脚的埋入深度要求应相同。
外包式柱脚的抗震第一阶段设计,应符合下列规定:
一、在计算平面内,钢柱一侧翼缘上的圆柱头栓钉数目,应按下列公式计算 。柱轴向的栓钉间距不得大于200mm(图8.6.3-1)。
二、外包式柱脚底部的弯矩全部由外包钢筋混凝土承受,其抗弯承载力应按下式验算。受拉主筋的锚固长度,应符合现行国家标准《钢筋混凝土结构设计规范》(GBJ10)的规定。
三、外包混凝土的抗剪承载力,应符合下列规定:
1.当钢柱为工形截面时(图8.6.6-2a),外包式钢筋混凝土的受剪承载力宜按式(8.6.6-5)和(8.6.6-6)计算,并取其较小者:
2.当钢柱为箱形截面时(图8.6.6-2b),外包钢筋混凝土的受剪承载力为: